Mikroorganizmlarning o‘sishi va ko‘payishi Gerbisidlar va antibiotiklar

Mikroorganizmlarning o‘sishi va ko‘payishi Gerbisidlar va antibiotiklar.

Reja:

1. 
   Mikroorganizmlarni o‘sishdagi ko‘rsatgichlari.
   
2. 
   O‘sish uchun qo‘yiladigan talablar.
   
3. 
   Ko‘payish turlari xaqida ma’lumot berish.
   
4. 
   Ko‘payishni qattiq va suyuq ozuqa muxitlaridagi ko‘rsatgichlari.
   
5. 
   Gerbisidlar va antibiotiklar.
   

Mikroorganizmlarning o‘sish jarayoni, rivojlanishi, ko‘payishi, morfogenez jarayoni, taqqoslanishi bir biri bilan bog‘liq jarayonlardir Masalan, bakteriya hujayralarida ko‘paygandan keyin qanaqadir sifat o‘zgarishlarni kuzatish juda ham qiyin, chunki ularning etishgan holatiga o‘tishi bir necha soniyalar davomida bo‘ladi.

YAngi hujayralar generatsiyasi vujudga kelishi vaqtidan boshlab, barchalari aniq bir o‘sish jarayonidan o‘tadi. Agar bironta bakteriyani generatsiya vaqti optimal sharoitda 30 minutni tashkil etsa, achitqi organizmining generatsiyasi 40 minutni tashkil etadi. SHundan keyingi ko‘payish oralig‘iga xuddi shuncha vaqt sarflanadi va bu vaqt oralig‘ida hujayralar o‘lchami va massasi o‘sadi. Mikrob hujayralarining o‘lchami va massasi hujayraga kerakli mikdorda konstruktiv va energetik almashinuv uchun kerak bo‘lgan ingredientlar mikdorini kirib kelishiga bog‘liq. Azot, uglerod, mikroelementlar manbalari aloxida katta rol o‘ynaydi, ba’zi bir mikroorganizmlar uchun esa - qator vitaminlar, aminokislotalar va boshqa moddalar.

Mikroorganizmlarning ko‘payishi va o‘sishi ko‘pdan o‘stirish muhitiga bog‘liq (ozuqa muhitining konsistensiyasi va tarkibi, suyuq oziqa muhitining yuzasida yoki tubida o‘stirish, kislorod havosini va boshqa gazlarni berish yoki bermaslik va h.k). Misol uchun, uglevodlar manbaining etmasligi (limitar faktor) oqibatida ba’zi bir achitqilarning ko‘payi birinchi daqiqalarida limitar faktor bo‘lmagan xoldagidek tezlikda kechadi. Ammo uglerod manbayining etishmasligi natijasida hujayralar qattiq vakuollashgan va kichik o‘lchamda bo‘ladi.

Suyuq oziqa muhitlarida prokariot organizmlar cho‘kma, parda (bu odatda harakatchan hujayralarga xosdir), idish devorlari bo‘ylab ozuqa muhit yuzasida halqa (ba’zida yuqoriga ko‘tariladigan), bir tekisda loyqalanish hosil qilishadi Bu xususiyatlar achitqi organizmlariga ham hosdir. Statsionar xolatlarda aerob-zamburug‘lar suyuq ozuqa muhit yuzasida turli qalinlikdagi pardalar hosil qiladi. Muxitlar shu bilan birga turli darajada loyqa yoki tiniq bo‘lishi mumkin, cho‘kmaga ega bo‘lishi yoki bo‘lmasligi mumkin. Zamburug‘larni undirilgan holda o‘stirishda (fermentatorlarda) ularning o‘sishi va rivojlanishi bir tekis loyqalanish, donador, paxta bo‘lakchalari shaklida bo‘lishi mumkin.

Prokariot va eukariot mikroorganizmlarning hujayralari standart zich ozuqa muhitlarida rivojlanishi stabil hamda spetsifikligi bilan ajralib turadi. Hujayralar hosil qiladigan koloniyalarni quyidagicha ko‘rsatkichlar yordamida harakterlash mumkin: I - profil shakli (bo‘rtgan, tekis, yoyiluvchi, noto‘g‘ri, muhitga o‘suvchi, vorsinkali, ignali, tishli, shipsimon va x.k); II- rasmli (ostki ko‘rinishi) [silliq,g‘adir-budir,shaklli (to‘qilgansimon, miyasimon, o‘rgimchaksimon, aralash)]; III- rangi (bo‘yalgan, bo‘yalmagan); IV- koloniya chetining shakli [tekis, notekis (to‘lqinsimon, festonsimon, kaftsimon, yirtilgan) tushirilgan]; V- konsenstensiyasi (smetanasimon, quruq, ipir-ipirli, pardali, shilliq);VI-tiniqligi (tiniq, yarimtiniq, tiniq emas) VII- o‘lchami (juda kichik, kichik yoki mitti; katta yoki yirik; juda katta yoki juda yirik); VIII – toblanish harakteri (glyanets yoki matoviy).

Koloniyalarning o‘ziga xosligini qo‘shimcha qandaydir boshqa harakteristikalardan foydalangan holda tariflash mumkin. SHu bilan birga genetik farqli mikroorganizmlar populyasiyasi bir turga mansub bo‘lsa ham baravariga bir necha morfologik turli koloniyalarni shakllanishiga olib kelishini yodda tutishimiz lozim.Bunda bo‘rtib chiqqan koloniyalarning orasida 11 turni alohida takidlashimiz mumkin, ammo tekislari (12–15) va yoyiluvchi koloniyalar shakli kamroq boshqa koloniyalarni profili va shakli ko‘rsatilgan. Noto‘g‘ri shakldagi koloniyalar eski batsillyar va bir necha zamburug‘ kulturalariga xosdir.

Mikroorganizmlar koloniyasining rangi barcha ranglar spektrini va rangli gammalar kombinatsiyasini o‘z ichiga oladi. Masalan, Serratia marcescens koloniyasi qip-qizil (qon) rangini oladi, sarsinlarni ba’zi turlari – sariq-limon, zamburug‘lar – oqdan (achitqilar) boshlab qoragacha (aspergilllar). Ko‘proq tarqalgan pigmentlardan karotinlar, ksantofillar va melaninlarni bilamiz. Ksantofillar karotinlarning kislorodga ega bo‘lgan analoglari:

Mikroorganizmlarni o‘stirish uchun mo‘ljallangan tabiiy va sun’iy ozuqa muhitlarining tarkibidagi ozuqa moddalarning konsentratsiyasi muhim ahamiyatga ega. Bunday ozuqa muhitlarni tayyorlashdagi tavsiyanomalar quyidagicha taxminan konsentratsiyalarga teng (g/l): vodorod donor va akseptorlari ~ 2,0; azot manbai ~ 1,0; uglerod manbai ~ 1,0–2,0; mikroelementlar (oltingugurt, fosfor, magniy) ~ 0,05 har biridan; ultramikroelementlar ~ 0,0001– 0,001 har biridan; o‘sish diktorlaridan: vitaminlar ~ 0,0001–0,001 har biridan; aminokislotalar, pirimidinlar, purinlar va boshqalar ~ 0,05 har biridan.

Ozuqa muhitida bir vaqt o‘zida uglerodning har xil manbalari, azot va boshqa moddalar borligi mikroorganizmlar o‘sishi hamda rivojlanishiga ta’sir qilishi mumkin. SHunga qaramay turlicha mikroblar hujayraci, odatda, labil va atrof muhitga tez moslashadi. Ular populyasiyalari biosferaning ma’lum qismlarida o‘zaro bog‘liqlikda yashashadi. Bu o‘zaro bog‘liqlik sintrofiya deyiladi (birga ovqatlanish ma’nosini bildiradi). Odatda, miroorganizmlar uglerod, azot va boshqa moddalarning bir xil tur manbalarini ishlatmasdan, har xil manbalardan foydalanishadi. Misol uchun ichak tayoqchasi o‘z tarkibida uglerod manbasi sifatida glyukoza, glitserin, uksus kislota yoki etanol, azot manbai sifatida – har xil aminokislotalar, ammiak, pirimidin, purin va boshqa moddalar saqlovchi ozuqa muhitlarda o‘sib rivojlanishi mumkin. Agar ozuqa muhitda shunday elementlar qorishmasi bo‘lsa, mikroorganizm hujayralari birinchi o‘rinda qulay moddalarning ishlatishni boshlaydi, masalan ammiakni emas aminokislotalarni. Bu aminokislotalar moddalar almashinuviga ta’sir ko‘rsatib, hujayralarda ammiakdan aminokislotalar hosil bo‘lish reaksiyalarini tezlashtiradigan fermentlarni sintez jarayoni (repressiya) kelib chiqishi bilan bog‘liq. Uglerod manbalari iste’mol qilinganda ham repressiya jarayoni kelib chiqishi mumkin. Masalan arabinoza, galaktoza, laktoza yoki maltozali muhitda glyukoza yuqorida ko‘rsatilgan uglevodlarning E. soli hujayralari tomonidan parchalanishi uchun kerak bo‘ladigan fermentlarning faolligini pasaytiradi. Ammo glyukozani o‘zi emas, glyukoza parchalanishi natijasida hosil bo‘ladigan moddalar yoki katabolit fermentlarni faolligini susaytiradi. Glyukozaning bunday ta’siri katabolit repressiya deyiladi.

Barcha organizmlarda sAMF adenilatsiklaza fermenti ta’siri oqibatida pirofosfatning noorganik turi ajralishi bilan ATF dan hosil bo‘ladi. Agar masalan, E. soli hujayralarining o‘sishi uglerod va energiya manbasi bilan chegaralangan bo‘lsa, ularda sAMF miqdorining yuqoriligi kuzatiladi, agar muhitda glyukoza bo‘lsa – sAMF miqdori past bo‘ladi.

E. soli hujayralarida sAMF – BAK kompleksi hujayra xromosomasidagi laktoza operonining (las - operoni) transkripsiyasini nazorat qiladi. Agar sAMF – BAK kompleksi RNK – polimerazani transkritsiya boshlanishidan oldin matritsa bilan bog‘lanishini ta’minlasa, bunday nazorat ijobiy bo‘lishi mumkin, yoki bu kompleks bunday vaziyatni yaratib bermasa salbiy nazorat deyiladi. Agar sAMF – BAK transkripsiyasi boshlanishidan oldin RNK – polimeraza bilan matritsani bog‘lanishini ta’minlasa bunday nazorat ijobiy bo‘ladi,– agar kompleks bunday imkoniyat yaratib bera olmasa manfiy bo‘lishi mumkin.

Bakterial massani o‘sishi haqida gapirilganda, ko‘payib borayotgan hujayralar nazarda tutiladi va ularning soni aniqlanadi: N=N₁-N₀, bunda N – hujayralar hosili, N₀ – ekilgan hujayralar soni, N₁ – bir qancha vaqt t dan so‘ng hujayralar soni.

Hujayralarning massasini, sintrifugalashdan keyin nam hujayralar egallayotgan xajmga quruq massaga, ma’lum biomassadagi azot miqdoriga qarab, loyqalanishga va (bakteriya va achitqilar uchun) loyqalanish darajasi, spektofotometr yoki fotoelektrokalorimetr yordamida o‘lchanadi.

Agar hujayra populyasiyasi qisman yoki butunlay yangi ozuqa muhitiga o‘tkazilmasa, vaqt o‘tishi bilan novbud bo‘lishi kuzatiladi.

Har bir ma’lum vaqtda bu hujayra populyasiyasi ichida har xil sifatli hujayralar aniqlanadi - qariganlari va yoshroqlari. YOsh hujayralar keyinchalik tirik qolish potensiyasi bilan ko‘proq farqlanadi, ular bir xil, vakuolalari kamroq bo‘ladi. YUqori rivojlangan mavjudotlar kabi, mikroorganizmlarga ham umumbiologik qonuniyatlar hosdir - o‘sish jarayonida rivojlanishi, ya’ni struktura va sistemalari takomillashadi. Bakteriyalarda o‘sish va rivojlanishi tezligi katta bo‘lgani uchun ularda rivojlanishni nazorat qilish qiyin. SHunga qaramay, aniqlanishicha bakteriya hujayralari rivojlanishida ularda nukleoid, ribosomalar, hujayra devorlari, membranalar, kapsulalar ishlab chiqiladi va takomillashadi. Zamburug‘larda rivojlanish jarayonining ba’zi bir bosqichlarini kuzatishimiz mumkin, masalan, bir hujayrali sporadan (konidiyalar) shakllangan ko‘p hujayrali organizmgacha. Odatda achitqi kurtaklari ota-ona hujayralaridan kichik bo‘ladi, ajralgandan keyin ular o‘sishni davom ettiradi va ma’lum vaqt ichida rivojlanadi (39 - b rasm). Ozuqa muhit yuzasida koloniya shaklida o‘sadigan ipsimon zamburug‘larda, periferik zonasi yoshroq mitseliy iplaridan tashkil topgan, markaziy zonasi – qariroqlardan, ularning o‘sishi sezilarli chegaralangan. Achitqi shaklidan mitseliy shakliga o‘tayotganda, masalan Candida avlodidan dimorf zamburug‘larda hujayra devorining kimyoviy tarkibi sezilarli o‘zgaradi. Qisman, ularda xitin miqdori 1,5–2 marta ko‘payadi.

Protozoy organizmlarning fazali rivojlanishi ham ko‘rsatilgan va ma’lum vaqt davomida aniq kuzatilishi mumkin, masalan, bezgak plazmodiyalarida. SHunday qilib, mikroorganizmlarning o‘sib borayotgan sof kultura populyasiyalarida hujayralar turli darajadagi rivojlanganlik xolatida bo‘lishi mumkin va istalgan analitik usullar yordamida faqatgina xaqiqatga yaqin natijalar olish mumkin. Agar yakka hujayraning xususiyatlarini baholash zarur bo‘lsa (masalan, bo‘linishda DNK ni sintezi; kimyoterapevtik agentlarga sezgirligi va x.k.), kultura o‘sishining sinxronizatsiyalash metodidan foydalaniladi. Buni bakteriyalarga nisbatan qo‘llash ayniqsa muhim, chunki ularda izolyasiya qilingan hujayralarda ko‘p jarayonlarni o‘rganish mumkin emas.

Bu metodni birinchi bo‘lib R.D. Xochkiss (1954) taklif qilgan. SHu bilan birga mikroorganizm kulturasining boshida past haroratli sharoitga, keyinchalik – optimal haroratli sharoitga qo‘yiladi. Masalan, Streptococcus pneumoniae hujayralari boshida 25⁰C 15 minut davomida, keyinchalik 37⁰ S ga qo‘yilsa, hujayralar soni sinxronlashgan (bir vaqt ichida) ikki baravar ko‘payishiga erishish mumkin, kulturaning generatsiya vaqti qancha uzoq bo‘lsa, natija olish vaqti shuncha qisqaradi.

Avval aytib o‘tilganidek, mikroorganizmlar bitta hujayradan (+) boshqa hujayraga (-) genetik materialni o‘tkazish hususiyatiga egalar, ya’ni ularga jinsiy jarayon ham xosligini bildiradi. SHu bilan birga, masalan achitqilarning gaploid hujayralari, yakka bakterial hujayralar, har xil zamburug‘lar (masalan, deyteromitsetlar) jinsiy bo‘lmagan yo‘l bilan ko‘payishadi. Bundan kelib chiqadiki, ko‘pchilik mikroorganizmlar yuqori tashkillashgan turlarga nisbatan (masalan, hayvonlar olamidan) ko‘proq vegetativ ko‘payishga moslashgan. Prokariot va eukariotlarning yakka hujayralari ko‘payganda ma’lum muhit, ma’lum sharoitda xuddi shu mikroorganizmlar populyasiyasini sof kulturalari hosil bo‘ladi. Populyasiya sonini o‘zgarishi, ko‘payishi va o‘sishi egri chiziqlari bilan ifodalanadi. Bitta va ko‘p hujayralali mikroorganizmlarni ko‘payish va o‘sish egri chiziqlari turlichadir. Agar ularni ozuqa muhitiga ekib, keyinchalik ma’lum vaqtdan keyin 1 ml da hujayralar soni aniqlansa, ko‘rsatilgan qonuniyatni kuzatish mumkin. Ozuqa muhitiga kiritilgan bitta hujayralilar (1 egri chiziq) yashash sharoitiga moslashadi va vaqtincha o‘z sonini saqlab qoladi.

Birinchi boshlang‘ich statsionar o‘sish fazaning uzunligi (1) organizmga, uning yoshiga va potensial qobiliyatlariga, muhitning sifatiga va boshqa faktorlarga bog‘liq. Ikkinchi tezlashtirilgan ko‘payish fazasi (2), hujayralar bo‘linishining qaytarilishi va hujayralar soni oshganda boshlanadi. Uchinchi logorifmik yoki eksponensial ko‘payish fazasida (3) bir-biridan ketma-ketlikda hosil bo‘luvchi hujayralar avlodining doimiy davomiy borligi kuzatiladi. Agar hujayralar sonini kordinat nuqtasiga ko‘yilsa, vaqt esa – abssissa o‘qida bo‘lsa, ikkalasining o‘rtasidagi bog‘liqlik grafik ravishda to‘g‘ri chiziq shaklida namoyon bo‘ladi. To‘rtinchi faza – ko‘payish tezligini kamayishi – keyingi paydo bo‘lgan hujayralar avlodini hayot davomiyligini uzayishi bilan harakterlanadi. Ozuqa muhit komponentlari, limitlovchi o‘sish omillarining kamayishi, modda almashinuvi jarayoni natijasida yig‘ilgan moddalar va boshqa omillarga bog‘liq ravishda ko‘payish tezligi kamayib boradi. Beshinchi yakunlovchi statsionar ko‘payish fazasida tirik hujayralarning soni va massasi o‘z maksimumiga etadi. Undan so‘ng oltinchi – o‘lim fazasi boshlanadi, bunda asosan avtomatik jarayonlar natijasida hujayralar biomassasi kamayadi. 1 egri chiziqni baholashda to‘rtta faza ajratiladi: lag – faza (boshlang‘ich statsionar faza va tezlashgan ko‘payish fazasiga to‘g‘ri keladi), logarifmik, statsionar (yakunlovchi statsionar fazaga to‘g‘ri keladi) va o‘lim fazasi.